CN101089038A - 一种抗菌聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

一种抗菌聚丙烯材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种抗菌聚丙烯材料，其组分和含量为：聚丙烯树脂100份；填充剂25～35份；增韧剂5～15份；抗菌剂0.2～0.8份；分散剂0.5～1.5份；抗氧剂0.1～0.5份；紫外线吸收剂0.1～0.5份；以上含量按重量计，所述聚丙烯树脂为均聚聚丙烯，所述抗菌剂为纳米银与有机硅抗菌剂按5∶1的质量比例复配而成。本发明进一步提出所述抗菌聚丙烯材料的制备方法。本发明抗菌聚丙烯材料的生产成本低、抗菌性能优良、快速、持久。

Description

一种抗菌聚丙烯材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种抗菌聚丙烯材料及其制备方法，特别涉及一种抗菌性能优良、持久的聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(PP)是五大通用塑料之一，密度为0.90g/cm3，是现有树脂第二轻的高分子材料(仅大于聚甲基戊烯，密度为0.85g/cm3)。
在人们的日常生活中，聚丙烯塑料制品被广泛应用：如厨房用具、卫生间设施、垃圾箱、家用电器的塑料外壳、壁纸、食品包装袋等。由于温度、湿度合适，非常容易感染细菌。因此，开发一种抗菌聚丙烯材料是极其必要的。
目前，制作抗菌聚丙烯材料主要有填充型和后加工型两种方法。填充型是将抗菌剂与PP树脂经过熔融共混挤出造粒而成；而后加工型是在先将聚丙烯材料加工成产品，然后再将抗菌剂通过化合健或氢健结合在产品表面，而产品内部没有抗菌剂，这种抗菌聚丙烯产品只在短时间体现出抗菌性，无法持久长效。
在填充型抗菌聚丙烯材料的制作方法中，抗菌剂的选择很重要，抗菌剂分为无机抗菌剂和有机抗菌剂两大类。无机抗菌剂具有抗菌持续性、耐热性、耐久性、安全性等优点，其不足之处是价格较高和抗菌的迟效性，不能迅速杀死细菌；而有机抗菌剂能够有效抑制有害细菌、霉菌的产生与繁殖，但作用时间短并对人体有害、易水解，且只能在300℃以下使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于：克服传统的抗菌聚丙烯材料生产成本高、抗菌性能差且不能持久的问题，提供一种生产成本低、抗菌性能优良、快速、持久的聚丙烯材料及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：一种抗菌聚丙烯材料，其组分和含量为：聚丙烯树脂100份；填充剂25～35份；增韧剂5～15份；抗菌剂0.2～0.8份；分散剂0.5～1.5份；抗氧剂0.1～0.5份；紫外线吸收剂0.1～0.5份；以上含量按重量计，所述聚丙烯树脂为均聚聚丙烯，所述抗菌剂为纳米银与有机硅抗菌剂按5∶1的质量比例复配而成。
上述技术方案的进一步改进在于：所述填充剂为纳米碳酸钙。
上述技术方案的进一步改进在于：所述增韧剂为聚烯烃弹性体乙烯-1-辛烯共聚物。
上述技术方案的进一步改进在于：所述分散剂为乙撑双脂肪酸酰胺类高光润滑分散剂TAS-2A。
上述技术方案的进一步改进在于：所述抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂(2，4二叔丁基苯基)亚磷酸三酯(俗称：168)和受阻酚类抗氧剂四[β-(3’，5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(俗称：1010)按2∶1复配而成。
上述技术方案的进一步改进在于：所述紫外光吸收剂为受阻燃胺类光稳定剂。
本发明进一步提出一种制备所述抗菌聚丙烯材料的制备方法的技术方案：该制备方法包括以下步骤：步骤1：按重量配比称取聚丙烯树脂100份，填充剂25～35份，增韧剂5～15份，抗菌剂0.2～0.8份，分散剂0.5～1.5份，抗氧剂0.1～0.5份，紫外线吸收剂0.1～0.5份；步骤2：将步骤1称取的各组分在高速混合机中混合；步骤3：将混好的各组分置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒。
上述技术方案的进一步改进在于：该平行双螺杆挤出机的挤出工艺为：一区170--180℃、二区180--190℃、三区180--190℃、四区175--185℃，螺杆转速300～350r/min，喂料频率15～20Hz，熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03-- -0.06Mpa。
上述技术方案的进一步改进在于：步骤2中各组分在高速混合机中混合3～5分钟。
本发明具有以下效果：本发明使用纳米级碳酸钙来做填充剂，大幅度降低材料的生产成本，增加材料表面光泽度及机械强度；本发明使用了聚烯烃弹性体乙烯-1-辛烯共聚物(POE)做增韧剂，增加材料的抗冲击性能；本发明使用了纳米银与有机硅抗菌剂复配做抗菌剂，使材料的抗菌性能快速、持久、安全；本发明使用了乙撑双脂肪酸酰胺类高光润滑分散剂TAS-2A，增加PP树脂与纳米碳酸钙大分子之间的表面亲和力，提高材料的表面光亮度；通过加入抗氧剂，使得材料的耐热氧化性能得到提高，解决材料黄变现象；通过加入紫外光吸收剂，使得材料的耐光氧化性能、耐候性能得到提升；本发明提出的PP材料的制备工艺简单，无需添加复杂设备。
附图说明
图1是本发明抗菌聚丙烯材料的制备方法的流程图。
具体实施方式
本发明提出了一种抗菌聚丙烯材料，其组分和含量为：
聚丙烯(PP)树脂    100份；
填充剂            25～35份；
增韧剂            5～15份；
抗菌剂            0.2～0.8份；
分散剂            0.5～1.5份；
抗氧剂            0.1～0.5份；
紫外线吸收剂      0.1～0.5份；
以上含量按重量计。
所述聚丙烯树脂为均聚聚丙烯。
所述抗菌剂为纳米银与有机硅抗菌剂按5∶1的质量比例复配而成。
所述填充剂为纳米碳酸钙。
所述增韧剂为聚烯烃弹性体乙烯-1-辛烯共聚物(POE)，采用的是美国杜邦公司生产的8150型号POE。
所述分散剂为乙撑双脂肪酸酰胺类高光润滑分散剂TAS-2A。
所述抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂(2，4二叔丁基苯基)亚磷酸三酯(俗称：168)和受阻酚类抗氧剂四[β-(3’，5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(俗称：1010)按2∶1复配而成。
所述紫外光吸收剂为受阻燃胺类光稳定剂，如美国氰特公司的Cyasorb的受阻胺类UV-3346。
请参阅图1，制备所述的抗菌聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按重量配比称取聚丙烯树脂100份，填充剂25～35份，增韧剂5～15份，抗菌剂0.2～0.8份，分散剂0.5～1.5份，抗氧剂0.1～0.5份，紫外线吸收剂0.1～0.5份；
步骤2：将步骤1称取的各组分在高速混合机中混合3～5分钟；
步骤3：将混好的各组分置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒。
该平行双螺杆挤出机的挤出工艺为：一区170--180℃、二区180--190℃、三区180--190℃、四区175--185℃，螺杆转速300～350r/min，喂料频率15～20Hz，熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03-- -0.06Mpa。
下面通过实施例对本发明进行进一步阐述：
实施例1至3中的原料全部使用本发明所给出的原料，对比例1至3中的原料没有抗菌剂。
实施例1
按重量份数，将PP树脂100份，填充剂25份，增韧剂5份，抗菌剂0.2份，分散剂0.5份，抗氧剂0.1份，紫外线吸收剂0.1份，在高速混合机中混合3～5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混合好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区170--180℃、二区180--190℃、三区180--190℃、四区175--185℃，螺杆转速300～350r/min，喂料频率15～20Hz，熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03---0.06MPa。
实施例2
按重量份数，按PP树脂100份，填充剂30份，增韧剂10份，抗菌剂0.5份，分散剂1份，抗氧剂0.3份，紫外线吸收剂0.3份，在高速混合机中混合3～5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区170--180℃、二区180--190℃、三区180--190℃、四区175--185℃，螺杆转速300～350r/min，喂料频率15～20Hz，熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03-- -0.06MPa。
实施例3
按重量份数，按PP树脂100份，填充剂3 5份，增韧剂1 5份，抗菌剂0.8份，分散剂1.5份，抗氧剂0.5份，紫外线吸收剂0.5份，在高速混合机中混合3～5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区170--180℃、二区180--190℃、三区180--190℃、四区175--185℃，螺杆转速300～350r/min，喂料频率15～20Hz，熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03---0.06MPa。
下面对本发明实施例中所制备材料的性能进行说明：
将按上述方法完成造粒的粒子材料事先在80～90℃的烘箱下干燥2小时，然后将干燥好的粒子材料在注塑成型机上注塑出标准测试样条。
拉伸性能按ISO 527进行，试样尺寸为150×10×4mm，拉伸速度为50mm/min；弯曲性能按ISO 178进行，试样尺寸为80×10×4mm，弯曲速度为2mm/min，跨距为50mm；简支梁缺口冲击强度按ISO 180进行，试样尺寸为80×10×4mm，缺口深度为试样厚度的1/3；热变形温试按ISO 75进行，试样尺寸为120×15×10mm，负载为1.82MPa，密度按ISO 1183 23℃进行。
材料的综合性能通过测试所得的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量、IZOD缺口冲击强度、热变形温度以及阻燃性能的数值进行评判。
材料的抗菌性能通过专业抗菌材料检测机构，按照《抗菌菌料——抗细菌性能试验方法》进行。
其中，实施例1～3的配方及各项性能测试结果见下表(一)：
表(一)实施例1～3配方性能对照表
    原料名称及物性参数   实施例1   实施例2   实施例3
    PP树脂     100     100     100
    纳米碳酸钙     25     30     35
    POE 8150     5     10     15
    抗菌剂自制复配     0.2     0.5     0.8
    分散剂TAS-2A     0.5     1.0     1.5
    抗氧剂自制复配     0.1     0.3     0.5
    拉伸强度(MPa)     30     32     35
    断裂伸长率(％)     200     230     250
    弯曲强度(MPa)     26     30     35
    弯曲模量(MPa)     1100     1300     1600
    IZOD缺口冲击强度(KJ/M2)     15     18     20
    熔融指数(g/10min)     15     12     10
    热变形温度(℃)     110     115     120
    比重(g/cm)     1.03     1.05     1.07
表(二)抗菌聚丙烯及其制品抑菌率
实施例编号     抗菌聚丙烯及其制品抑菌率(％)
    大肠埃希菌     金黄色葡萄球菌     白色念珠菌
    实施例1     99.31     99.44     99.23
    实施例2     99.60     99.68     99.52
    实施例3     99.99     99.99     99.99
对比例1
按重量份数，按PP树脂100份，填充剂(纳米碳酸钙)25份，增韧剂(POE 8150)5份，分散剂(TAS-2A)0.5份，抗氧剂(亚磷酸酯类抗氧剂(2，4二叔丁基苯基)亚磷酸三酯(俗称：168)和受阻酚类抗氧剂四[β-(3’，5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(俗称：1010)按2∶1复配而成)0.1份，紫外线吸收剂(受阻胺类UV-3346)0.1份，在高速混合机中混合3～5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混合好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区170--180℃、二区180--190℃、三区180--190℃、四区175--185℃，螺杆转速300～350r/min，喂料频率15～20Hz，熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03～0.06MPa。
对比例2
按重量份数，按PP树脂100份，填充剂(纳米碳酸钙)30份，增韧剂(POE 8150)10份，分散剂(TAS-2A)1份，抗氧剂(亚磷酸酯类抗氧剂(2，4二叔丁基苯基)亚磷酸三酯(俗称：168)和受阻酚类抗氧剂四[β-(3’，5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(俗称：1010)按2∶1复配而成)0.3份，紫外线吸收剂(受阻胺类UV-3346)0.3份，在高速混合机中混合3--5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区170--180℃、二区180--190℃、三区180--190℃、四区175--185℃，螺杆转速300～350r/min，喂料频率15～20Hz，熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03～0.06MPa。
对比例3
按重量份数，按PP树脂100份，填充剂(纳米碳酸钙)35份，增韧剂(POE 8150)15份，分散剂(TAS-2A)1.5份，抗氧剂(亚磷酸酯类抗氧剂(2，4二叔丁基苯基)亚磷酸三酯(俗称：168)和受阻酚类抗氧剂四[β-(3’，5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(俗称：1010)按2∶1复配而成)0.5份，紫外线吸收剂(受阻胺类UV-3346)0.5份，在高速混合机中混合3--5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区170--180℃、二区180--190℃、三区180--190℃、四区175--185℃，螺杆转速300～350r/min，喂料频率15～20Hz，熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03～0.06MPa。
对比例1～3的配方及各项性能测试结果见下表(三)：
表(三)对比例1～3配方性能对照表
   原料名称及物性参数   实施例1   实施例2   实施例3
   PP树脂     100     100     100
   纳米碳酸钙     25     30     35
   POE 8150     5     10     15
   分散剂TAS-2A     0.5     1.0     1.5
   抗氧剂自制复配     0.1     0.3     0.5
   拉伸强度(MPa)     29     32     33
   断裂伸长率(％)     200     235     260
   弯曲强度(MPa)     27     32     36
   弯曲模量(MPa)     1150     1350     1600
   IZOD缺口冲击强度(KJ/M2)     15     18     20
   熔融指数(g/10min)     12     10     7
   热变形温度(℃)     110     115     120
   比重(g/cm3)     1.04     1.06     1.08
由表(一)、表(三)比较可知，不加入抗菌剂，材料本身力学性能无明显影响，材料的熔融指数有稍许降低但不影响最终产品加工性。这是因为在挤出过程中，抗菌剂的加入增加了材料各组分之间的界面亲和力，使材料的流动性提高。
由表(二)实验结果可知，三种实施例所制作的抗菌聚丙烯材料及其制品对大肠埃希菌、金黄色葡萄球菌及白色念珠菌的抑菌率都超过了99.20％，随着抗菌剂添加量的增大，抗菌聚丙烯及其制品的抑菌率也在增大，且在抗菌剂的添加量达到0.8质量份时，抗菌聚丙烯材料及其制品的抑菌率达到最大值99.99％。
综上所述，本发明通过加入纳米银与有机硅抗菌剂复配提同材料的抑菌率、加入纳米碳酸钙作为填充剂来增强材料、加入增韧剂聚烯烃弹性提高材料的韧性，从而制备出一种抗菌性能优异持久的聚丙烯材料。同时，本发明还介绍了具有抗菌性能优良、持久的聚丙烯材料的制备方法。

Claims (9)

1、一种抗菌聚丙烯材料，其组分和含量为：
聚丙烯树脂    100份；
填充剂        25～35份；
增韧剂        5～15份；
抗菌剂        0.2～0.8份；
分散剂        0.5～1.5份；
抗氧剂        0.1～0.5份；
紫外线吸收剂  0.1～0.5份；
以上含量按重量计，所述聚丙烯树脂为均聚聚丙烯，所述抗菌剂为纳米银与有机硅抗菌剂按5∶1的质量比例复配而成。
2、根据权利要求1所述的抗菌聚丙烯材料，其特征在于：所述填充剂为纳米碳酸钙。
3、根据权利要求1所述的抗菌聚丙烯材料，其特征在于：所述增韧剂为聚烯烃弹性体乙烯-1-辛烯共聚物。
4、根据权利要求1所述的抗菌聚丙烯材料，其特征在于：所述分散剂为乙撑双脂肪酸酰胺类高光润滑分散剂TAS-2A。
5、根据权利要求1所述的抗菌聚丙烯材料，其特征在于：所述抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂(2，4二叔丁基苯基)亚磷酸三酯和受阻酚类抗氧剂四[β-(3’，5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯按2∶1复配而成。
6、根据权利要求1所述的抗菌聚丙烯材料，其特征在于：所述紫外光吸收剂为受阻燃胺类光稳定剂。
7、一种制备如权利要求1所述的抗菌聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：
步骤1：按重量配比称取聚丙烯树脂100份，填充剂25～35份，增韧剂5～15份，抗菌剂0.2～0.8份，分散剂0.5～1.5份，抗氧剂0.1～0.5份，紫外线吸收剂0.1～0.5份；
步骤2：将步骤1称取的各组分在高速混合机中混合；
步骤3：将混好的各组分置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒。
8、根据权利要求7所述的抗菌聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：该平行双螺杆挤出机的挤出工艺为：一区170--180℃、二区180--190℃、三区180--190℃、四区175--185℃，螺杆转速300～350r/min，喂料频率15～20Hz，熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03---0.06Mpa。
9、根据权利要求7所述的抗菌聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：步骤2中各组分在高速混合机中混合3～5分钟。
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Denomination of invention: Antibacterial polypropylene material and its prepn process

Effective date of registration: 20181119

Granted publication date: 20101222

Pledgee: Bank of Shizuishan Limited by Share Ltd Yinchuan branch

Pledgor: Shenzhen Keju New Material Co., Ltd.|Polymer Science (Anhui) New Material Co., Ltd.

Registration number: 2018440020071

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Granted publication date: 20101222

Termination date: 20190608

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